Belege für vielfältige anaerobe Stoffwechselwege in 3,7 Milliarden Jahre alten marinen detritischen Sedimenten

Uralte Hinweise auf das früheste Leben der Erde

Tief im Grundgestein Grönlands liegt eine Zeitkapsel aus mehr als 3,7 Milliarden Jahren — Gesteine, die einige der ältesten bekannten Spuren von Leben auf der Erde bewahren. Diese Studie stellt eine auf den ersten Blick einfache, aber weitreichende Frage: Nutzten diese frühesten Meeresboden-Gemeinschaften bereits eine Reihe von „Atmungs“-Strategien ohne Sauerstoff, ähnlich wie Mikroben heute in Schlammen und Sedimenten? Die Antwort hilft zu verstehen, wie schnell sich Leben diversifizierte, wie es die frühen Ozeane und die Atmosphäre des Planeten prägte und welche Arten von Biosignaturen wir auf anderen Welten suchen sollten.

Ein ruhiger Meeresboden, reich an Lebensresten

Die untersuchten Gesteine stammen aus dem Isua Supracrustal Belt im Südwesten Grönlands, einem der ältesten erhaltenen Stücke der Erdkruste. Damals war dieses Gebiet ein ruhiges Tiefmeerbecken, in dem feine Partikel langsam aus dem Oberflächenmeer absanken und dünne, sanft geschichtete Sedimente aufbauten. Periodisch stürzten Unterwasserlawinen aus gröberem Material, sogenannte Turbidite, von nahegelegenen Höhen ein. Diese Sedimente sind reich an uralten kohlenstoffreichen Partikeln, die heute zu Graphit umgewandelt sind und in früheren Arbeiten mit photosynthetischen Mikroben im Oberflächenmeer in Verbindung gebracht wurden. Mit anderen Worten: Der Meeresboden hier wurde ständig mit den Resten einer frühen, überraschend produktiven Biosphäre bedeckt.

Atmen ohne Sauerstoff: Eisen und Methan im Spiel

Heute wird ein Großteil der organischen Substanz, die den Meeresboden erreicht, von Mikroben abgebaut, die Sauerstoff „atmen“. Sobald der Sauerstoff jedoch erschöpft ist, wechseln Mikroben zu anderen chemischen Partnern wie Nitrat, Eisen oder Sulfat. Die Autoren maßen die Verhältnisse von Kohlenstoffisotopen in den Isua-Sedimenten, um zu untersuchen, wie jenes uralte organische Material verarbeitet wurde. Sie fanden ungewöhnlich leichte Kohlenstoffsignaturen in einigen Lagen — leichter als man bei einfacher Photosynthese erwarten würde. Dieses Muster passt dazu, dass organische Substanz und Methan im Meeresboden von anaeroben Mikroben abgebaut wurden. In Schichten, in denen Eisen besonders reichlich vorhanden war, fielen die leichtesten Kohlenstoffwerte mit hohen Eisen-zu-Kohlenstoff-Verhältnissen zusammen, was auf Mikroben hindeutet, die oxidiertes Eisen als hauptsächlichen „Sauerstoffersatz“ verwendeten und es beim Verbrauch organischer Verbindungen reduzierten.

Schwefelspuren unsichtbarer mikrobieller Aktivität

Eisen war nicht das einzige Spiel im Revier. Das Team untersuchte auch winzige Körner von Sulfidmineralen wie Pyrrhotin und Pyrit, die vor allem in den feinen, kohlenstoffreichen pelagischen Lagen vorkommen, nicht in den gröberen Turbiditen. Petrographische Texturen — etwa dünne Sulfidbänder entlang von Lagerungsebenen und konzentrische Pyritknollen — deuten darauf hin, dass schwefelhaltige Minerale früh, innerhalb der Sedimente, gebildet wurden, als reaktionsfähige Fluide durch sie hindurchströmten. Mithilfe präziser Schwefelisotopenmessungen an einzelnen Körnern zeigten die Forschenden, dass der Großteil des Schwefels einen ausgeprägten atmosphärischen Fingerabdruck trägt: Er begann als elementarer Schwefel und Sulfat, das entstand, als Sonnenlicht Schwefeldioxid in der anoxischen frühen Luft aufspaltete. Die Isotopenmuster deuten darauf hin, dass Mikroben wahrscheinlich diesen elementaren Schwefel reduzierten und zeitweise auch einen kleinen, lokal erneuerten Vorrat an Meerwassersulfat verminderten, um Schwefelwasserstoff zu erzeugen, der dann mit Eisen zu Sulfidmineralen reagierte.

Eine geschichtete Landschaft verborgener mikrobieller Nischen

Durch die Kombination von Kohlenstoff- und Schwefelisotopen mit Eisenkonzentrationsprofilen und Mineraltexturen rekonstruiert die Studie eine dynamische chemische Landschaft unter dem uralten Meeresboden. Eisenreiche Schichten und organisch reiche Lagen lagen häufig dicht beieinander und schufen Mikro-Nischen, in denen verschiedene Stoffwechselstrategien nebeneinander gedeihen konnten. Wo ferrisches Eisen reichlich vorhanden war, scheinen eisenreduzierende Mikroben dominiert zu haben. In Zonen mit langsamerer Sedimentakkumulation und stärkerem Fluidaustausch wurden schwefelbasierte Atmung und eine nahezu vollständige Reduktion des knappen Sulfats wichtiger. Methan, das tiefer unten von Fermentern und Methanogenen gebildet wurde, sickerte wahrscheinlich nach oben und wurde von anderen Mikroben verbraucht, die Eisen oder Schwefel als Oxidationsmittel nutzten, was die Kohlenstoffisotopensignaturen weiter aufhellte.

Was das für die Geschichte des frühen Lebens bedeutet

Für Nicht-Fachleute lautet die Kernbotschaft: Bereits vor 3,7 Milliarden Jahren war der Meeresboden der Erde kein simples Ökosystem mit einem einzigen Stoffwechselpfad. Stattdessen beherbergte er ein Geflecht miteinander interagierender mikrobieller Gemeinschaften, die Eisen, elementaren Schwefel und Sulfat nutzen konnten, um ohne Sauerstoff zu überleben, während sie organisches Material und Methan recycelten. Diese Ergebnisse verschieben das Auftreten komplexer, diversifizierter mikrobieller Stoffwechselwege sehr weit in die frühe Erdgeschichte. Das wiederum legt nahe, dass Leben, sobald es Fuß gefasst hatte, rasch ein Repertoire entwickelte, um eine breite Palette chemischer Energiequellen zu nutzen — ein ermutigender Gedanke für die Suche nach Leben in alten Gesteinen auf der Erde und auf anderen Planeten.

Zitation: Boyd, A.J., Harding, M.A.R., Bell, E.A. et al. Evidence for diverse anaerobic metabolisms in 3.7-billion-year-old marine detrital sediments. Commun Earth Environ 7, 166 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03188-6

Schlüsselwörter: frühes Leben auf der Erde, urzeitliche Meeresboden-Mikroben, anaerobe Atmung, Eisen- und Schwefelkreisläufe, Isua Supracrustal Belt